2015 Fiscal Year Research-status Report
生体筋骨格の有用性を利用した視覚を有する剛性可変腱駆動アームのモーション制御
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26420413
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
駒田 諭 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10215387)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白井 達也 鈴鹿工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (20342503)
矢代 大祐 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60607323)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 筋骨格 / 腱駆動 / 剛性 / 視覚 / 非線形バネ / 制御 / ロボットアーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では腱駆動機構に網チューブ内にシリコンゴムスポンジを挿入したバネSATを用いる。SATは単純構造、軽量、安価等の利点を持つが、張力-伸び量特性において伸展時と収縮時で特性が変化するヒステリシス特性を持つため、正確なモデリングが困難であるという特徴を持つ。本機構では関節角度と関節剛性の二つの指令を制御に用いるが、関節剛性制御において近似モデルを用いてフィードフォワード的に制御を行っている。そのため、従来法のバネモデルでは剛性制御性能の劣化を招く。そこで、SATの伸展時と収縮時それぞれで近似モデルを作製する手法を提案した。1リンク2本腱駆動機構において関節剛性が変化するパターンは、片方のSATが伸展、もう一方のSATが収縮するように異なる動作を同時に行う場合、2本のSATが同時に伸展、または収縮するように同じ動作を同時に行う場合がある。実機実験により取得したSATの張力-伸び量特性を基に、ヒステリシスの伸展部分を通るようにパラメータを決定した伸展モデル、ヒステリシスの収縮部分を通るようにパラメータを決定した収縮モデルを作製した。この二つのモデルを組み合わせることによりSATが有するヒステリシス特性を表現する。従来法と提案手法の関節剛性制御の精度検証を実機実験で行った。
さらに、非線形バネの特性を生かした制御法とするため、オープンループ力制御時のバネ剛性変化による特性解析と制御法の提案を行った。
また、視空間による簡易な座標変換を用いた腱駆動アーム制御に関しては、これまでシミュレーションで行っていたのを、実機実験により性能評価を行った。
一方、二本のワイヤーと二本のバネからなる三モードバネ機構を開発し，その実用性を確認するための下肢装着型姿勢保持装置を開発した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非線形バネSATの特性を基に、剛性制御性能を向上する手法を提案した。さらに、剛性可変特性を生かした制御手法の開発をおこなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元での非線形バネ腱駆動アームの製作を行う。これまでは2次元空間内で動作するアームを用いていたが、肩関節部分に1自由度追加して3次元空間で運動が可能なアームを設計・製作する。ここでは、製作済みの2次元アームを変更することでそれを達成するが、改良すべき点が存在すればそれも含めて行う。
さらに新たに開発するアームに対する制御系を開発する。その際にこれまでに開発してきた制御手法を基に開発するが、３次元化したことによる改良を加える。
一方、三モードバネ機構を応用した３対６筋の二関節ロボットアームを開発する。
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| Causes of Carryover |
装置の設計が間に合わなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
装置の作成とその制御を行うことで使用予定。
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